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Die Erfindung betrifft Möglichkeiten zur industriellen Herstellung mehrstöckiger Gebäude aus Trägerzellen mit armierten Betonwänden.
Mit fortschreitender Entwicklung der Mittel industrieller Serienherstellung und der sich daraus ergebenden
Senkung der Gestehungskosten war man seit langem bemüht, einen grösseren Anteil des Bausektors in dieser
Weise herzustellen. Deshalb wird seit vielen Jahren vorgeschlagen, die Zellen als Parallelepiped auszubilden, das insgesamt in der Fabrik vorgefertigt werden könnte. Ein wesentlicher Vorteil eines solchen Vorgehens liegt darin, dass man in die werksseitige Herstellungskette nicht nur die Elemente einbeziehen kann, die den Rohbau bilden, sondern gleichsam die Gesamtheit der Nacharbeiten, d. h. die komplette Inneneinrichtung der Zellen.
Es sei zunächst erwähnt, dass der Beton, insbesondere der armierte Beton, in all seinen Formen ein billiges
Baumaterial mit interessanten Eigenschaften ist, das sich speziell für die Herstellung dieser Zellen eignet, unter der Bedingung, dass die Verarbeitungstechnik hinreichend vorbereitet wurde, um die Probleme der Herstellung im
Werk, des Transportes und des Zusammenbaues dieser Zellen auf der Baustelle zu lösen.
Ausgehend von diesen Gedanken sind vier Realisierungsmöglichkeiten vorgeschlagen worden : a) Selbsttragende Zellen, die z. B. armierte Betonwände aufweisen, deren Dicke verhältnismässig gering ist und die man auf einem gemeinsamen Niveau nebeneinander anordnet. b) Selbsttragende Zellen entsprechend den vorangegangenen, die man in Zwischenräume zwischen
Tragbalken einfügt, die mit entsprechenden Säulen das Skelett eines mehrstöckigen Gebäudes darstellen. c) Tragende Zellen, die auf Grund erheblicher Wandstärken oder von an zweckmässigen Stellen angeordneten, Verstärkung bildenden Rippen unmittelbar übereinanderstapelbar sind. d) Tragende Zellen, die übereinanderstapelbar sind, weil die Skelettelemente in die Zelle eingebaut sind. In diesem Falle erscheinen die Wände als einfache Fassadenplatten, die extrem leicht sein können.
Die diesen Ausführungsmöglichkeiten anhaftenden Nachteile sind bekannt. Die selbsttragenden, verhältnismässig dünnwandigen Zellen sind bisher nur für einstöckige Gebäude verwendet worden. Diesen Zellen entsprechende selbsttragende Zellen, die für mehrstöckige Gebäude bestimmt sind müssen immer in ein teures und schwierig aufstellbares Skelett eingefügt werden. Tragende Zellen mit starken Wänden oder Rippen sind ausserdem sehr schwer und sehr teuer. Ihr Transport und ihre Aufstellung gestalten sich demgemäss ausserordentlich schwierig und der Gestehungspreis des fertigen Aufbaues ist hoch.
Tragende Zellen mit eingegliedertem Skelett eignen sich für eine werksseitige Herstellung schlecht und die während des Transportes auf das Skelett einwirkenden Querkräfte führen tatsächlich zu einer Überdimensionierung des Skeletts, die sich auf die Gestehungskosten der Zellen und das aus den besagten Zellen hergestellte Gebäude nachteilig auswirkt.
Bei jeder verwendeten Art tragender Zellen stösst man ausserdem auf zahlreiche Schwierigkeiten hinsichtlich der
Anordnung der Zellen und der sich durch die Ungewissheit über die Auflagepunkte zwischen den Zellen ergebenden Art der gegenseitigen Kraftübertragung.
Es ergibt sich, dass die seltenen, wirklich innerhalb der Industrieplanung verwertbaren Lösungen zur Verwirklichung solcher tragenden Zellen entweder tragende Schalenzellen sind, deren fabriksmässige Herstellung beträchtliche industrielle Schwierigkeiten bereitet, oder tragende Zellen mit Spannbetonwänden sind, die sich infolge der Notwendigkeit, die Spannungen mittels Tauen gleichmässig von einer Zelle auf die andere zu übertragen, schwierig mit entsprechenden Zellen verbinden lassen.
Der Erfindung liegt die Überwindung der bestehenden Nachteile zugrunde und sie ermöglicht die Herstellung von mehrstöckigen Gebäuden mit tragenden Zellen.
Diese Erfindung lässt gleichzeitig folgendes erkennen : Dass erstens dünne Platten aus armiertem Beton beträchtliche örtliche Belastungen aushalten können. Genauer gesagt sind armierte Betonplatten mit einer Dicke unterhalb 8 cm, vorzugsweise von 6 cm, hinreichend widerstandsfähig, um die Seitenwände der tragenden Zellen zu bilden, die in der Lage sind, eine gewisse Anzahl entsprechender Zellen abzustützen ; dass zweitens die dünnen Betonplatten sich durch gegenseitige Verschraubung zur Bildung der Seitenwände einer tragenden Zelle mit hoher Tragfähigkeit bequem miteinander verbinden lassen, und dass es drittens nunmehr möglich ist, die Probleme der Abstützung der oberen Zellen zu den unteren Zellen zu lösen, indem für jede Zelle eine begrenzte Anzahl von zweckmässig angeordneten und dimensionierten Trägern (Abstandhaltern) verwendet werden.
Diese Feststellungen haben zu tragenden Zellen mit aus armierten Betonplatten bestehenden Wänden mit einer Dicke unterhalb 8 cm, vorzugsweise von 6 cm, und der Herstellung von mehrstöckigen Gebäuden durch Aufeinandersetzen der tragenden Zellen unter Zwischenlagerung von Trägern (Abstandhaltern) zwischen die jeweiligen Geschosse geführt.
Die Erfindung betrifft also ein mehrstöckiges, aus einheitlichen Zellen bestehendes Gebäude, dessen Zellen sich in der Fabrik herstellen lassen, bequem transportierbar sind, aus je einer Boden- und Deckenplatte sowie Seitenwänden aus armiertem Beton bestehen, wobei dieses Gebäude dadurch gekennzeichnet ist, dass die die Seitenwände der Zellen bildenden armierten Betonplatten eine Gesamtstärke von 3 bis 8 cm, vorzugsweise 4 bis 6 cm, besitzen, dass die Seitenwände miteinander und mit der Boden- und Deckenplatte durch Verschraubung verbunden sind, wobei zwischen den Geschossen im Bereich der vertikalen Kanten der Zellen aus Beton bestehende plattenförmige Abstandhalter (Träger) angeordnet sind, deren Stützflächen jeweils zwischen 100 und 500 cm2 gross sind.
Der Rand der Stützfläche der Abstandhalter (Träger) soll sich dabei in einem Abstand von
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mindestens 15 cm von den vertikalen Kanten der Zellen befinden.
Gemäss einem Merkmal der Erfindung verwendet man für den Aufbau der Seitenwände Zellen aus dünnen, armierten Betonplatten. Dabei kann man unter Berücksichtigung der Tatsache, dass es oft vom technischen
Standpunkt aus interessant ist, dem Fachmann geläufige Betonarten guter Qualität zu benutzen, alle bekannten
Betonarten einsetzen. Die hohe mechanische Festigkeit der dünnen Betonplatten ist schon an sich erstaunlich, weil die Eigenschaften dieser Platten noch nie Gegenstand systematischer Studien gewesen sind und die erzielten
Ergebnisse haben die verschiedensten konsultierten Fachleute überrascht.
Die verwendbaren Betonplatten, in denen selbstverständlich verschiedene Öffnungen für Türen, Fenster oder Durchlässe vorgesehen sein können, haben Gesamtdicken zwischen 3 und 8 cm, vorzugsweise 4 bis 6 cm. Übrigens ist es offensichtlich, dass die Dicke dieser Platten von der Anzahl der Gebäudegeschosse und möglicherweise von der zukünftigen Belastung der betreffenden Zelle abhängen kann. Es ist also durchaus möglich, die Zellen für die unteren Geschosse aus dickeren Platten herzustellen als die der darüberliegenden Stockwerke.
Es hat sich herausgestellt, dass es bei einer Betonplattendicke unterhalb etwa 3 cm nicht mehr möglich ist, einen Sicherheitskoeffizienten zu garantieren, der ausreicht, um die Bezeichnung "tragende" Zellen im Sinne der vorangegangenen Ausführungen zu rechtfertigen. Ausserdem stösst man bei solchen Zellen auf Schwierigkeiten sowohl hinsichtlich der industriellen Realisierbarkeit übermässig dünner Platten, als auch des Transportes und der
Aufstellung der Zellen.
Auf der andern Seite ergibt sich bei mehr als etwa 8 cm dicken Betonplatten das vorstehend erläuterte
Problem der Verwendung dickwandiger Zellen.
Den zahlreichen technischen Forderungen wird dann in vorteilhafter Weise Rechnung getragen, wenn die verwendbaren Betonplatten eine Gesamtdicke zwischen 3 und 8 cm aufweisen, wobei man jedoch in den meisten
Fällen, beispielsweise bei Wohngebäuden mit nicht mehr als 5 Stockwerken, vorzugsweise Platten verwendet, deren Dicke im wesentlichen zwischen 4 und 6 cm liegt. Derartige Platten besitzen eine für die Herstellung von zum Aufbau mehrgeschossiger Gebäude bestimmten Zellen ausreichende Tragfähigkeit, sind ausserdem während des Transportes vom Werk zur Baustelle genügend widerstandsfähig und leicht genug, um sich von sehr beweglichen Hubvorrichtungen bequem handhaben zu lassen.
Diese hohe mechanische Widerstandsfähigkeit der verschraubten Zellen ist in Anbetracht der geringen
Dicke der für die Zellenwände verwendeten Betonplatten und der Abmessungsungenauigkeiten dieser
Betonplatten überraschend. Die Eigenschaften der erfindungsgemässen armierten Betonplatten sind schon, wie bereits erwähnt, an sich überraschend, wobei jedoch die erhöhte mechanische Festigkeit dieser Zellen noch erstaunlicher erscheint, wenn man die Dimensionierungsabweichungen der industriell vorbereiteten Betonplatten erwägt. Tatsächlich bewirken diese Unregelmässigkeiten, dass man nach dem Zusammenbau solcher Platten mit den Boden- und Deckenplatten feststellt, dass letztere nicht gleichmässig an allen Punkten auf den die
Zellenwände bildenden Betonplatten aufliegen.
Hieraus ergeben sich für die Platten der oberen Zellen ungleichmässig verteilte Belastungen, die für die Widerstandsfähigkeit dieser Platten nachteilig sein können. Trotz dieser jeder industriellen Betonherstellung anhaftenden Unvollkommenheit wurde festgestellt, dass jede erfindungsgemässe Zelle beträchtliche Belastungen aushalten kann.
Man hat versucht, diese aus den Abmessungsungenauigkeiten der Platten erwachsende Schwierigkeit zu beheben, um Gebäude mit vielen Geschossen herstellen zu können. Dabei hat sich als weiteres Merkmal der Erfindung gezeigt, dass es möglich ist, die Abstützung der Decken- und Bodenplatten auf den die Seitenwände der Zellen bildenden Betonplatten erheblich zu verbessern, indem an Ort und Stelle aushärtendes Kunststoffmaterial zweckmässiger Dicke, z. B. Polyester, zwischen die Abstützflächen oder Teile derselben eingefügt wird.
In Kenntnis der erhöhten Widerstandsfähigkeit verstärkten Polyesters behebt man auf einfache Weise die Abmessungsungenauigkeiten der Betonplatten durch Ausfüllen der Fugen mit diesen Materialien. Dabei kann man die bemerkenswerten Eigenschaften dieser Platten voll ausnutzen.
Die Verbindung der Betonplatten untereinander und mit den Boden- und Deckenplatten durch Verschraubung bildet einen andern wichtigen Aspekt der Erfindung. Man kann sich fragen, ob eine einfache Verschraubung die Verbindung verschiedener, die Zellen bildender Platten ihre Verbindung untereinander derart erlaubt, dass sie ausreichend fest ist, um den Belastungen zu widerstehen, denen die Zellen unterworfen sind. Es hat sich erstaunlicherweise herausgestellt, dass eine verhältnismässig einfache Schraubanordnung, z. B. mit drei Bolzen von 8 bis 12 mm Durchmesser, die gleichmässig über die Länge einer 2, 5 m hohen Platte verteilt sind, völlig ausreicht, um sich jeglicher Knickung der Betonplatten infolge deren Belastung durch darüberliegende Zellen wirkungsvoll zu widersetzen.
Da diese Montage durch Verschraubung sehr einfach ist und die vollständige Industrialisierung der Zellenherstellung im Werk sowie die Anfertigung besonders ebener, anschliessend miteinander zu verbindender Platten gestattet, stellt die Verschraubung einen wesentlichen Bestandteil der erfindungsgemäss tragenden Zellen dar.
Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass diese Verschraubung erlaubt, der Grundzelle eine Steifigkeit und zusätzliche Festigkeit zu verleihen, die sich aus den bekannten Trieder-, Doppeltrieder- oder Caisson-Effekten ergeben, die auf andern Gebieten und für andere Materialien ausgenutzt werden. Daher überrascht es, dass es mit
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den verwendeten dünnen Betonplatten und ihrer einfachen gegenseitigen Verschraubung gelingt, die Festigkeit und Steifigkeit der Zellen mehr zu erhöhen als durch einfache Addition der Eigenschaften dieser einzelnen
Platten zu erwarten steht. Eine solche Wirkung kann überprüft werden, sobald man durch die Verschraubung der beiden Betonplatten und einer Boden- oder Deckenplatte ein Dreieck bildet, wobei es besonders interessant ist, wenn sich an zwei Seiten einer senkrechten Kante der einen Zelle ein Doppeltrieder befindet.
Diese Wirkung des
Doppeltrieders, die die Zelle beträchtlich versteift und ihre Tragfähigkeit erhöht, wird bei den erfindungsgemässen Zellen systematisch ausgenutzt. In manchen Fällen stellt man den besagten Effekt ebenfalls bei dem Zellenkomplex fest, wobei die Zelle auf Grund des im Zusammenhang mit andern Materialien, z. B.
Metallen, bekannten Caisson-Effektes weitere Eigenschaften gewinnt. Dieser durch den Caisson-Effekt bedingte zusätzliche Gewinn an Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit wird offenbar, sobald zwei Doppeltrieder aneinanderstossen.
Gemäss einem wesentlichen Merkmal der Erfindung sind die übereinander angeordneten Zellen durch
Abstandhalter (Träger) voneinander getrennt. Diese im allgemeinen aus Beton bestehenden Träger sind zwischen die Zellen eingefügt, so dass die oberen Zellen über die Träger auf den unteren Zellen aufsitzen. Die
Abstandhalter (Träger) haben den Zweck, die von den oberen Zellen auf gewisse zweckmässig gewählte Streifen der unteren Zellen ausgeübten Belastungen zu übertragen, ein geeignetes Verkeilen der oberen Zellen zu ermöglichen, um sie horizontal auszurichten und auf das vorgesehene Niveau zu bringen und in den waagrechten
Ebenen einen jedes Gebäudegeschoss trennenden durchgehenden Raum zwischen den Zellen zu schaffen.
Die
Träger können beispielsweise vereinzelte Klötze sein, die sich zwischen zwei Zellenniveaus befinden, sie können auch als Betonvorsprünge ausgebildet sein, die sich auf der die oberen Flächen der Zellen bildenden Aussenfläche der Boden- oder Deckenplatten und/oder auf den die Innenfläche der Zellen darstellenden Aussenflächen der
Boden- oder Deckenplatten befinden. Solche Vorsprünge können selbstverständlich bei der Herstellung dieser
Platten angebracht werden. Im übrigen ist es möglich, die Träger aus örtlichen Verdickungen der die Seitenwände der Zellen bildenden dünnen Platten zu erstellen. In diesem Falle müssen die Boden- und/oder Deckenplatten der
Zellen zum Durchlass der Verdickungen in geeigneter Weise ausgebuchtet sein.
Die Verwendung von Trägern zwischen den übereinander befindlichen Zellen ermöglicht die Lokalisierung der von den unteren Zellen abstützenden Lasten. Die Lokalisierung ist wichtig, weil sie genau die Flächen bestimmt, die Spannungen unterworfen sind und die Auswahl geeignetster Stellen dieser Flächen erlaubt. Im übrigen bringt sie eine Überwachung der Oberfläche der Tragflächen durch beste Ausnutzung der Eigenschaften der Betonplatten mit sich. In Anbetracht der Bedeutung dieser Oberflächen der Stützflächen hat es sich als notwendig erwiesen, die Träger so zu dimensionieren, dass jede Stützfläche, bezogen auf die dünnen
Betonplatten, einen Flächeninhalt zwischen 100 und 500 cm2 aufweist. Wenn also z.
B. die Betonplatten 5 cm dick sind, ist es zweckmässig, Träger zu verwenden, deren Traglänge in bezug auf jede Platte zwischen 20 und
100 cm betragen sollte. Es ist offensichtlich, dass man den Flächeninhalt dieser Stützzonen vergrössern kann, aber es ist schwierig, dabei so vorzugehen, dass die Kräfte auf alle Stützflächen gleichmässig einwirken.
Nachfolgend werden die Möglichkeiten der Anwendung von als Betonklötze ausgebildeten Abstandhaltern (Trägern) beschrieben, die von den Zellen unabhängig sind.
Wenn die erfindungsgemässen Gebäude wenige Geschosse haben, ist die Anordnung der Abstandhalter (Träger) nicht ausschlaggebend und man kann sie z. B. senkrecht zu den vertikalen Kanten der tragenden Zellen vorsehen. Ein derart angebrachter Träger kann mehreren Zellen zugehören. Beispielsweise können sich vier Zellen des gleichen Niveaus mit ihren beieinanderliegenden Kanten auf dem gleichen Träger abstützen, der seinerseits auf vier benachbarten unteren Zellen aufliegt.
Gleichzeitig hat sich als wichtiger Bestandteil der Erfindung gezeigt, dass es für ein Gebäude mit mehreren verhältnismässig grossen Geschossen zweckmässig ist, die Träger nicht direkt senkrecht zu den vertikalen Zellenkanten vorzusehen, sondern den Rand der Stützflächen dieser Träger in einem Abstand von wenigstens 15 cm zu diesen Kanten zu halten. Diese Anordnung der Träger verhindert natürlich, dass der gleiche Träger mehreren benachbarten Zellen zugehört. Es genügt deshalb, den Träger in der Mitte etwas auszuhöhlen, so dass seine wirksamen Stützflächen sich in dem gewünschten Abstand zu den senkrechten Kanten befinden.
Wenn die unabhängigen Träger nicht in unmittelbarer Berührung mit den dünnen Betonplatten, sondern mit den Aussenflächen der Boden- und Deckenplatten der Zelle stehen, kann es nützlich sein, den Teil der Träger auszuhöhlen, der mit diesem von den Boden- bzw. Deckenplatten nicht abgestützten Teil in Verbindung steht, um zu verhindern, dass diese Träger auf den nicht von den erwähnten Platten abgestützten Teilen ruhen. In diesem Falle verlaufen die effektiven Tragflächen der Träger direkt und allein senkrecht zu den Betonplatten und können als ein Winkelstück oder mehrere benachbarte Winkelstücke ausgebildet sein, deren Winkel keinen Teil der Tragfläche darstellt.
Die Verwendung von Abstandhaltern (Trägern) gewährleistet ausserdem, dass die Zellen jeder Etage eine horizontale Lage im vorgesehenen Niveau einnehmen. Tatsächlich sind die oberen Aussenflächen der inneren Zellen im allgemeinen wegen der Herstellungstoleranzen weder ganz genau horizontal noch in der gleichen Ebene. Es ist daher erforderlich, eine neue waagrechte Ebene zu definieren, die alle Stützpunkte der Zellen des gleichen Niveaus erfasst. Dies wird mit Hilfe dehnungsfähiger Materialien oder aushärtbarer Kunststoffe erreicht,
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die man unter den verschiedenen Stützflächen anbringt, damit die oberen Flächen der Träger in der gleichen Ebene liegen. Hiezu kann man beispielsweise dünne Bleiplatten mit einer Stärke von etwa 1 mm oder verstärkten Polyester verwenden, der an Ort und Stelle polymerisiert.
Die Verwendung von Abstandhaltern (Trägern) erlaubt also die Schaffung eines durchgehenden Hohlraumes zwischen den erfindungsgemässen Gebäudegeschossen. Eine solche Anordnung erweist sich als sehr interessant für die Schall- und Wärmeisolation zwischen den übereinanderliegenden Zellen sowie für den Durchlass der verschiedensten Leitungen. Zweckmässig wird zwischen den auf gleichem Niveau befindlichen Grundzellen ein entsprechender Hohlraum freigelassen. Das erfindungsgemässe Gebäude ist also dadurch gekennzeichnet, dass zwischen allen, das Gebäude erstellenden Grundzellen ein durchgehender Hohlraum vorhanden ist.
Man kann also durch diese freien Zellenzwischenräume alle Durchlässe, Kanalisationsanlagen, Leitungen, Kabel u. ähnl., die Zellen des Gebäudes durchziehende Teile hindurchführen. Der wesentliche Vorteil liegt im Hinblick auf diese Zwischenräume darin, dass diese Teile während ihrer werksseitigen Herstellung auf der Aussenfläche dieser Zellen angebracht werden können. Es ergibt sich also eine sehr grosse Erleichterung bei der Einbeziehung des grössten Teiles des Innenausbaues des Gebäudes in die werksseitige Bearbeitung.
Die Fig. l bis 8 stellen an Hand einiger Beispiele Ausführungsformen der Erfindung dar. Es zeigen : Fig. 1 eine für ein erfindungsgemässes Gebäude verwendbare Zelle mit einem Teil ihrer Aussen- und Innenausstattung in auseinandergezogener Darstellung, Fig. 2 eine schematische schaubildliche Ansicht eines Gebäudes aus vier Zellen im Mauerverband, Fig. 3 und 4 Seite- und Frontansichten der Verschraubung zweier armierter Betonplatten, Fig. 5 die Montage der Zellen auf ihren Stützen, Fig. 6 eine Verkleidung für die offenen Zellen nach Abnahme der Deckenplatten in schaubildlicher Sicht, Fig. 7a bis d mehrere Ausführungsformen einzelner gemäss der Erfindung
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der als Seitenwände dienenden Betonplatten gebildet werden in schaubildlicher Sicht.
Nachfolgend werden die Erfindung nicht einschränkende Beispiele näher erläutert.
Beispiel l : Betreffend die Eigenschaften einer dünnen Platte aus armiertem Beton :
2, 5 m hohe und 5 cm starke Platten aus armiertem Beton werden mittels einer Presse bis zur Bruchgrenze belastet. Innerhalb des dem Druck unterworfenen Oberflächenbereiches, d. h. eigentlich der Auflagelänge folgend, weil die Auflagebreite bei einer Dicke der Platte von 5 cm immer gleich ist, kann man verschiedene Ergebnisse erzielen. Wenn man eine Stützfläche mit einem Flächeninhalt von 250 cm2 (also einer Länge von 50 cm) betrachtet, ergibt sich : Für eine Kraft von etwa 40 t eine leichte Wellung (flambement) der Platte.
Eine solche Wellung kann beseitigt werden, indem man senkrecht zur Platte eine ausreichend geringe Kraft in der Grössenordnung von 300 kg zur Einwirkung bringt, und für eine Kraft von etwa 70 t ein Bruch der Platte durch die Wellungen.
Dieses mit einem Beton guter Qualität erzielte Resultat, das mit Kieselaggregaten zustandegebracht wurde, stellt eine der wichtigen Beobachtungen dar, die zur Verwirklichung der Erfindung geführt haben. Es sind zahlreiche entsprechende Versuche gefahren worden, die gezeigt haben, dass die Reproduzierbarkeit dieser Ergebnisse gut ist.
Diese gleichen Versuche bringen auch andere wichtige Erkenntnisse mit sich, u. zw., dass die Festigkeit der Betonplatte in den Fällen geringer sein kann, in denen die Stützflächen auf den Platten sich in erheblicher Nähe einer der Plattenecken befinden. In diesem Falle unterstützt man einen Bruch der Plattenecke bei niedrigen Belastungen. Hieraus kann man schliessen, dass es im Rahmen der Erfindung bei besonders erheblichen abzustützenden Lasten wichtig ist, dass sich die Flächen, auf die die Lasten einwirken, nicht zu nahe an den Seitenkanten der Platten befinden. Es wurde experimentell festgestellt, dass dieser für die Platten nachteilige "Eckeneffekt"verhindert wird, wenn der Rand der Stützflächen wenigstens 15 cm von den Seitenrändern der Platten angeordnet wird.
Beispiel 2 : Betreffend die Eigenschaften der dreieckig zusammengesetzten Platten :
Zwei 5 cm dicke und 2, 5 m hohe Betonplatten sind zur Bildung eines 900-Winkels (Ecke einer Wohnzelle) miteinander verschraubt. Auf dem V-förmigen Teil befestigt man mittels Schrauben die Decke und Boden einer erfindungsgemässen Wohnzelle entsprechende Betonplatten. Dann wird die Anordnung einer Druckbelastung gemäss Beispiel l unterworfen, wobei zwei Stützflächen zu je 250 cm2 benutzt werden, die senkrecht zu den Betonplatten angeordnet sind.
Wenn keine besonderen Vorsichtsmassnahmen getroffen wurden, ist die Festigkeit des dem Versuch
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zur Folge haben, dass die gesamte Belastung auf nur eine einzige Platte übertragen wird. Unter Berücksichtigung dieser Unzulänglichkeiten zeigt der folgende Versuch, dass a) eine erfindungsgemässe Zelle, die gemäss dem erprobten Element ausgebildet ist, wenigstens 280 t (bei vier tragenden Platten) trägt, was unter Berücksichtigung eines Sicherheitskoeffizienten von 4 und eines Gewichtes von etwa 10 t/Zelle die Aufeinandersetzung von sechs bis acht Zellen, d. h. die Konstruktion eines Gebäudes mit sieben oder neun Stockwerken, ermöglicht ; und dass b) das ausprobierte"Doppeldreieck"-System eine ausgezeichnete Steifigkeit gegenüber jeglichen Seitenkräften aufweist.
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Bei der Wiederaufnahme desselben Versuches und der Sicherstellung eines guten Kontaktes zwischen den Betonplatten und den Boden- bzw. Deckenplatten durch Beseitigung von Abmessungsdifferenzen zwischen den jeweiligen Platten hat man erreicht, dass der Bruch des Doppeldreieckelementes bei einer Belastung von etwa 170 t eintritt. Dies zeigt, dass sich durch diese Montage ein bedeutender Gewinn an Festigkeit einstellt, weil hiebei zu erwarten stand, dass die Festigkeit des"Doppeldreiecks"doppelt so gross ist wie die Festigkeit einer Betonplatte, also 140 t ausmacht.
Selbst wenn die vier Ecken einer erfindungsgemässen Zelle, wie nachstehend beschrieben, im "Doppeldreieck" angeordnet werden, ist es möglich, die Zelle mit wenigstens 170 X 4 = 680 t zu belasten, was den Zusammenbau von wenigstens fünfzehn Zellen bedeutet, wobei immer ein Sicherheitskoeffizient von 4 und ein Zellengewicht von etwa 10 t berücksichtigt ist.
Ein solches Resultat wurde erzielt, indem zwischen die Decken- bzw. Bodenplatten und die dünnen Betonplatten in bezug auf die Abstützflächen der Pressvorrichtung zur Erzielung einer bestmöglichen gegenseitigen Anlagerung der Platten ein Kissen aus verstärktem Polyester eingebracht wurde, das an Ort und Stelle polymerisiert.
Beispiel 3 : (Fig. l bis 6) Erläuterung erfindungsgemässer Zellen und Gebäude :
Eine Ausführungsform einer Zelle gemäss der Erfindung ergibt sich aus Fig. 1. Sie ist im wesentlichen als parallelwandiger Kasten--l--ausgebildet, der auf der Aussenfläche mancher Seitenwände mit Fassadenplatten und auf der Innenfläche mit Bekleidungen und zur Behaglichkeit der Bewohner erforderlichen Einrichtungen ausgestattet sind.
Im wesentlichen besteht die Zelle aus längs ihrer Ränder miteinander verbundenen Bodenplatten--2--, Deckenplatten--3--und vier Seitenwänden--4, 5,6 und 7--. Die Decken-und Bodenplatten--2 und 3--sind aus armiertem, 8 cm dickem Beton gebildet, während die Wände --4 bis 7--dünne Platten aus armiertem, 5 cm starkem Beton sind.
In diesen Platten befinden sich in den Beton eingelassene Öffnungen, z. B. die Tür--10--in der Wand
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--13-- bezeichnete in den Darstellungen sichtbar sind.
Zur Bildung des Kastens--l--werden die Decken-und Bodenplatten--2, 3--mit den Wänden --4 bis 7--verschraubt. Zur Verbesserung des Verständnisses wird darauf hingewiesen, dass die Zelle bereits mit vielen Zubehörteilen ausgerüstet ist, wenn sie auf der Baustelle eintrifft. An die Unterseite der Bodenplatte
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vorbereiteten Fussbodenbelag--16-erhält.
Die Mauer--5--wird mit einer Isoliermatte--17--und einer dünnen Fassadenplatte--18--, z. B.
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Höhe von 2, 50 m zwischen der Bodenplatte --2-- und der Deckenplatte --3-.
Fig. 2 zeigt zweigeschossig angeordnete Zellen mit entsprechenden Abmessungen, von denen die meisten Verkleidungen und Ausrüstungen abgenommen wurden, wobei man annehmen kann, dass die inneren und äusseren Verbindungen noch nicht ausgeführt worden sind.
Diese Anordnung lässt zwei untere Zellen--31 und 32--erkennen, deren grosse Flächen einander gegenüberliegen und die auf aus Beton vorfabrizierten Langschwellen--33--aufsitzen. Diese Langschwellen stehen mit einem nicht gezeichneten Betonfundament in Verbindung. Der obere Rand der Langschwellen --33-- bildet einen waagrechten Rahmen, auf dem die Zellen allein durch ihr Eigengewicht ruhen.
Zwischen den Wänden der Zellen-31 und 32--ergeben sich Zwischenräume--35--, die zwischen diesen Trennwänden etwa gleichmässig 20 cm breite Luftkammern bilden. über der oberen Aussenfläche der Zellen-31 und 32--befinden sich zwei identisch dimensionierte Zellen--36, 37--, die sich insgesamt gegen die unteren Zellen--31, 32--abstützen. Zwischen die Zellen --36, 37 bzw. 31, 32--sind Träger--40 und 41--gesetzt, die im vorliegenden Beispiel prismatische Betonklötze sind und auf denen die Zellen--36, 37--mit ihren unteren Winkeln aufsitzen.
Die Träger --40-- weisen zwei senkrechte Flächen auf, die in scharfen Winkeln zur Oberfläche der Zellen--31, 32-- verlaufen. Demgegenüber tragen die an die beiden nebeneinanderliegenden Zellen --31, 32--angrenzenden Winkel--42, 43--einen einzigen Träger --41-- mit nur einer senkrechten Aussenfläche.
Dieser Träger bildet zwischen diesen beiden Zellen eine Brücke und stützt die beiden Zellen --36, 37--gemeinsam an ihren benachbarten Winkeln, wobei überall zwischen ihren gegenüberliegenden
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vollzieht sich in der Nähe der vier senkrechten Kanten dieser letztgenannten Zellen mit Hilfe der Träger - -40, 41--. Die ein ausreichendes Auflager für die oberen Zellen-36, 37- darstellenden Träger gewährleisten das für die Ausrichtung und die waagrechte Lage ihrer Bodenplatten unerlässlich Verkeilen und gestatten die Anbringung von waagrechten Hohlräumen --47-- von etwa 20 cm Höhe zwischen den gegenüberliegenden Flächen der unteren und oberen Zellen. Diese Zwischenräume stehen miteinander und mit den senkrechten Hohlräumen --35, 45-- in Verbindung.
Sie bieten viele Vorteile, insbesondere für den Durchlass von die verschiedenen Zellen versorgenden Kabeln, Kanälen, Leitungen u. dgl.
In dem nachfolgend beschriebenen Beispiel beträgt die Länge der waagrechten, zu den Trägern --40-- senkrechten, Kanten etwa 40 cm. Sie bilden den Abschnitt eines gleichschenkeligen Dreiecks mit abgestumpften
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Trägern geschaffen werden, wobei der Abstand zwischen den Schrägflächen--49 und 50--etwa 1 m beträgt, um der Breite der Zwischenräume --35 und 45-Rechnung zu tragen. Die Herstellung und Montage der erfindungsgemässen Zellen erfolgt industriell, um die Gestehungskosten gering zu halten. Die Boden- und
Deckenplatten sowie die die Seitenwände bildenden dünnen Platten können in einem auf die schnelle Herstellung von armierten Betonplatten spezialisierten Werk am Fliessband angefertigt werden.
Die Giesstische sind mit einem
Eisengerippe (ferraillage) und mit Teilen ausgestattet, die dazu dienen, nach ihrer Abnahme von dem erhärteten
Gussbeton die notwendigen Durchlässe und öffnungen zu hinterlassen. Gleichzeitig bringt man dort alle Organe zum Anhängen, zur Verbindung, zur Befestigung usw. unter, die bei der Montage und der Benutzung der Platten erforderlich werden und die im Moment der Aushärtung des Betons in diesen eingebettet werden.
Die mit Beton gefüllten Tische werden in geeigneter Weise in Schwingungen versetzt, geglättet und getrocknet, woraufhin der Formling leicht herausgenommen und die Formen senkrecht zur Lagerung aufgestellt werden können.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht offensichtlich in der Verwendung dünner Platten, die sehr wirtschaftlich und aus billigem Material hergestellt werden können. Diese Bedingung ist vom ökonomischen
Standpunkt umso wichtiger, als bei der Montagetechnik der Zellen zwei Seitenwände vorhanden sind, die zwei benachbarte Zellen trennen, anstatt einer einzigen bei den Konstruktionen mit vorgefertigten Platten. Die
Fabrikationskosten der Platten müssen daher gering gehalten werden, damit der Gestehungspreis des in Zellenbauweise hergestellten Rohbaues konkurrenzfähig bleibt. Die geringen Kosten lassen sich mit dünnen Wänden erreichen.
Die in diesem Beispiel verwendeten dünnen Platten besitzen ebene und glatte Oberflächen, die sich durch eine leichte Herausnahme aus der Form und eine sofortige Verwendung ergeben. Man kann jedoch auch Platten verwenden, die keine den Umständen angepassten ebenen und einheitlichen Flächen aufweisen.
Der Zusammenbau dieser Platten wird mittels Verschraubung erzielt. Diese ist in den Fig. 3 und 4 für eine Bodenplatte--52--und eine Seitenwandplatte--53--dargestellt. Über die ganze Länge ihres äusseren Umfanges ist die Bodenplatte--52--an der Innenseite mit einem Absatz--54--versehen, in den die Kante - -55-- der Seitenwand --53-- eingreift. In den Beton dieser Seitenwand ist eine Innengewindebuchse - eingelassen, die in der zu ihrer Ebene senkrechten Kante --55-- endet. Die Gewindebuchse - wird mittels eines Ankers--57--im Beton festgehalten. Während des Zusammenbaues wird gegenüber dieser Gewindebuchse in den Rand der Platte--52--eine gewindelose Buchse--58-mit zur Plattenebene senkrechter Achse eingesetzt.
Zur Halterung dieser Buchse im Beton dient ein Anker--59--. Die Verbindung der Platte--52--mit der Platte--57--erfolgt mit Hilfe von Gewindebolzen-60-, die durch die glatte Buchse--58--hindurchragen und in die Gewindebuchse--56--eingeschraubt sind.
Eine Bodenplatte --52-- kann an der Längsseite fünf und an der Schmalseite drei Buchsen-58aufweisen, so dass insgesamt maximal sechzehn Befestigungspunkte zwischen den Zellenplatten vorhanden sind.
Die Seitenwandplatten weisen eine entsprechende Anzahl von Verbindungsstellen auf. Die die Schmalseiten der Zelle gemäss Fig. 1 abdeckenden Platten--5 und 7--werden mit der Kante der Platten-4 und 6-der grossen Flächen verbunden. Es ist überraschend, festzustellen, dass man beträchtliche Festigkeiten der Zellen zur übertragung senkrechter Lasten erhält, obwohl die Seitenwände so dünn sind und der Kasten in derart einfacher Weise zusammengebaut ist.
In Fig. 5 ist die Montage der in ihrer Gesamtheit in der Fabrik hergestellten und ausgerüsteten Zellen auf der Baustelle gezeigt. Vorgefertigte Langschwellen-80-ruhen auf Aussparungen --81-- in das Fundament des Gebäudes bildenden Betonbetten--82--. Nachdem die oberen Flächen --83-- dieser Langschwellen in herkömmlicher Weise nivelliert worden sind, setzt man die beiden unteren Zellen --85-- so nebeneinander, dass sie mit ihren unteren Kanten auf den Langschwellen --80-- ruhen. Auf Grund der herstellugsmässigen Toleranzen der Zellen sind die oberen Flächen --86-- dieser Zellen im allgemeinen weder genau horizontal noch genau in derselben Ebene.
Bevor die Trager-40, 41-, die die oberen Zellen-90-tragen sollen, aufgesetzt werden, bestimmt man beispielsweise mit Hilfe von Unterlegkeilen, die man an den
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Ecken jeder Zelle--85--vorsieht, eine neue waagrechte Ebene. Als Unterlegkeile können verhältnismässig dünne Bleiplättchen mit gleichmässiger Stärke von z. B. 1 mm verwendet werden. Ihre Anzahl richtet sich danach, ob die Oberseiten jedes Plättchenstapels genau ausgerichtet sind. Auf diese Keile werden sodann die Träger --40,41-- aufgelegt, woraufhin die Anordnung an den Oberflächen--86--der Zellen--85--befestigt wird. Diese Befestigung kann durch Verschraubung mit Hilfe von Gewindebuchsen durchgeführt werden.
Auf Grund der aussergewöhnlichen Festigkeit der dünnen Platten aus armiertem Beton sowie der Dreiecke und Doppeldreiecke erzielt man durch Verbindung der Platten untereinander und mit den Boden- bzw.
Deckenplatten häufig auch dann tragende Zellen, wenn eine Platte ganz oder teilweise weggelassen wurde. Es ist jedoch in diesen besonderen Fällen ratsam, die senkrechten freien Kanten der Zellen mittels bekannter Elemente, z. B. Profile, zu verstärken.
Eine solche Zelle ist in Fig. 6 erkennbar. Die Darstellung zeigt in schaubildlicher Sicht zwei benachbarte tragende Zellen ohne Deckenplatte. Bei der einen Zelle--110--ist an ihrer Schmalseite ---111-- die Wand weggelassen worden, so dass sie über die so gebildete Öffnung mit der Längsfläche--114--einer ändern Zelle - -112- in Verbindung steht, die ebenfalls mit Ausnahme eines Plattenteiles--113--fast keine Wand aufweist. Durch das Fehlen der Wände an den Verbindungsflächen--111 und 114--ist die Festigkeit der Zellen--110 und 112--gegen auf sie einwirkende Belastungen gemindert.
Aus diesem Grunde kann man unter Berücksichtigung der zu erwartenden Belastung die senkrechten Kanten der Wände--115, 116--der Zelle--110--sowie der Wand--117--der Zelle--112--mittels U-förmiger Verstärkungsprofile --118-- versteifen. Es handelt sich dabei um Stahlprofile, deren Länge die Dicke der Platte um beispielsweise 8 cm übertrifft. Sie sind an der Kante der Platte--115, 116--unter Zuhilfenahme der gleichen Gewindebuchsen, die zur Montage der Platte dienen, mittels Bolzen befestigt.
Der der Zelleninnenseite zugekehrte Schenkel jedes U-Profils greift in eine in der Plattenkante hiefür vorgesehene Ausnehmung ein, während der andere U-Schenkel einen Hohlraum zwischen zwei benachbarten Platten bzw. eine Fassadenplattenwand, die ihn trägt, überragt.
In Fig. 6 sind noch einige Träger --40 bzw. 41--dargestellt, die an den Ecken der Zellen bzw. über den Wänden--115, 117-- angeordnet werden.
Beispiel 4 : (Fig. 7 und 8) zur Erläuterung der Abstandhalter (Träger) :
Die Fig. 2 und 5 zeigen unterschiedlich ausgebildete Abstandhalter (Träger) --40, 41--, die in erfindungsgemässer Weise verwendbar sind. Diese Träger sind gemäss den Darstellungen aus einzelnen Betonklötzen hergestellt, wobei die Form dieser Klötze beliebig gewählt werden kann und sich den verschiedenen Einsatzstellen leicht anpassen lässt.
Die am häufigsten benutzten Trägerformen ergeben sich aus den Fig. 7a bis d.
Der Träger nach Fig. 7a entspricht dem in Fig. 2 mit Pos.-Ziffer --40-- bezeichneten, der als gerader Schnitt eines rechtwinkeligen, gleichschenkeligen Dreiecks ausgebildet ist, dessen spitze Winkel abgeschnitten sind. Hiedurch erhält er zwei stumpfe Flächen-400--, die jeweils auf einer Seite von einer der beiden rechtwinkeligen senkrechten Flächen--410 und 420--begrenzt werden, die der Randkante der Zelle zugeordnet sind, während sich an ihre andere Seite eine Basis--430--anschliesst. Die punktierte Linie - -440- auf der Oberfläche dieses Klotzes stellt die Abstützfläche dar, die an der Oberfläche der V-Form entspricht, die sich durch die aneinanderstossenden senkrechten Zellenwände ergibt.
Man könnte auch einen winkeligen Klotz verwenden, der dem angedeuteten Umriss folgt ; zweckmässig vermeidet man jedoch wegen der Bruchgefahr bei einem Material wie Beton derartige Winkelteile.
Ein zum Einbau zwischen die Zellen bestimmter Klotz--40--gemäss Fig. 2 kann folgende Abmessungen haben : Dicke = etwa 20 cm, Länge der Flächen-410 und 420-= etwa 40 cm, Länge der abgestumpften Flachen--400-= etwa 8 cm.
Fig. 7c zeigt einen Träger--41--, der zwei aneinanderstossende Zellenecken tragen kann, deren Seitenplatten gestrichelt angedeutet und mit--460 bzw. 470--bezeichnet sind. Die Abmessungen entsprechen
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Fig. 7b zeigt einen rechteckigen Träger, der zur Aufnahme von zwei benachbarten Zellenecken, deren gegenüberliegende Flächen in den Wänden nicht vorgesehen sind, verlängert ist. Die gerade Projektion der Zellenseitenwände ist mit--490 und 500--bezeichnet. Wie vorher sind diese Wände durch einen Zwischenraum--e--voneinander getrennt.
In Fig. 7d ist ein anderer Trägertyp dargestellt, der zum Abstützen von vier aneinanderstossenden Zellen geeignet ist. Der Träger ist so ausgebildet, dass er lediglich die Flächen abstützt, die senkrecht zu den die Zellenseitenwände bildenden dünnen Platten stehen und sich in eire gewissen Abstand zur senkrechten Stosskante dieser Zellen befinden. Hiefür sind einige Teile des Trägers ausgespart.
Die Abmessungen und Formen der Träger sind lediglich als Beispiele angegeben worden. Wie bereits erwähnt, kann man bei der Aussparung mancher Flächenteile dieser Träger ihre Stossfugen in einem vorgewählten Abstand auf die Zellenkanten und möglicherweise senkrecht zu den Seitenplatten der Zellen übertragen.
Gemäss Fig. 8 bestehen die Träger aus Vorsprüngen an den Zellenseitenplatten. In diesem Falle ist die
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Boden- oder Deckenplatte der Zelle derart ausgeschnitten, dass die Vorsprünge dieser Seitenplatten eine wirkungsvolle Abstützung hervorrufen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mehrstöckiges, aus einheitlichen, fabriksmässig herstellbaren, leicht transportierbaren, aus Deckenplatte, Bodenplatte und Seitenplatten aus armiertem Beton zusammengesetzten Zellen bestehendes Gebäude,
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Gesamtstärke von 3 bis 8 cm, vorzugsweise 4 bis 6 cm, besitzen, dass die Seitenwände miteinander und mit der Boden- und Deckenplatte durch Verschraubung verbunden sind, wobei zwischen den Geschossen im Bereich der vertikalen Kanten der Zellen aus Beton bestehende. plattenförmige Abstandhalter angeordnet sind, deren Stützflächen jeweils zwischen 100 und 500 cm2 gross sind.
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